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简介

本文将介绍如何使用Python、Pygame和OpenGL创建一个可交互的3D立方体。这个立方体支持旋转、缩放等操作，是理解3D图形编程的良好入门示例。

技术栈

• Python
• Pygame：用于创建窗口和处理用户输入
• OpenGL：用于3D图形渲染
• PyOpenGL：Python的OpenGL绑定

核心功能

1. 3D立方体的渲染
2. 自动旋转
3. 键盘控制旋转
4. 鼠标滚轮缩放
5. 视角重置

实现细节

1. 立方体的定义

首先，我们需要定义立方体的顶点和面：

vertices = ((1, -1, -1), (1, 1, -1), (-1, 1, -1), (-1, -1, -1),(1, -1, 1), (1, 1, 1), (-1, -1, 1), (-1, 1, 1)
)surfaces = ((0,1,2,3), # 后面(3,2,7,6), # 左面(6,7,5,4), # 前面(4,5,1,0), # 右面(1,5,7,2), # 上面(4,0,3,6)  # 下面
)

2. 绘制函数

立方体的绘制包括实心面和边框：

def draw_cube():# 绘制实心面（绿色）glColor3f(0.0, 1.0, 0.0)glBegin(GL_QUADS)for surface in surfaces:for vertex in surface:glVertex3fv(vertices[vertex])glEnd()# 绘制边框（白色）glColor3f(1.0, 1.0, 1.0)glBegin(GL_LINES)for surface in surfaces:for i in range(4):glVertex3fv(vertices[surface[i]])glVertex3fv(vertices[surface[(i+1)%4]])glEnd()

3. 交互控制

实现了多种交互方式：

• 旋转控制：

  • 方向键：手动控制旋转方向
  • 空格键：切换自动旋转
  • +/-键：调整旋转速度

• 视角控制：

  • 鼠标滚轮：缩放
  • R键：重置视角

4. 关键技术点

OpenGL初始化

glEnable(GL_DEPTH_TEST)  # 启用深度测试
glDisable(GL_LIGHTING)   # 禁用光照
gluPerspective(45, (display[0]/display[1]), 0.1, 50.0)  # 设置透视

矩阵变换

glLoadIdentity()  # 重置矩阵
glTranslatef(0.0, 0.0, zoom)  # 平移
glRotatef(rot_speed, 0, 1, 0)  # 旋转

使用说明

1. 控制方式：

   • 方向键：控制旋转方向
   • 空格键：开启/关闭自动旋转
   • 鼠标滚轮：缩放
   • R键：重置视角
   • +/-键：调整旋转速度

2. 运行环境：

   pip install pygame PyOpenGL PyOpenGL_accelerate
   

完整代码

import pygame
from pygame.locals import *
from OpenGL.GL import *
from OpenGL.GLU import *vertices = ((1, -1, -1), (1, 1, -1), (-1, 1, -1), (-1, -1, -1),(1, -1, 1), (1, 1, 1), (-1, -1, 1), (-1, 1, 1)
)surfaces = ((0,1,2,3), # 后面(3,2,7,6), # 左面(6,7,5,4), # 前面(4,5,1,0), # 右面(1,5,7,2), # 上面(4,0,3,6)  # 下面
)def draw_cube():glLineWidth(5.0)# 绘制实心面glDisable(GL_LIGHTING)glColor3f(0.0, 1.0, 0.0)  # 绿色glBegin(GL_QUADS)for surface in surfaces:for vertex in surface:glVertex3fv(vertices[vertex])glEnd()# 绘制边框glColor3f(1.0, 1.0, 1.0)  # 白色glBegin(GL_LINES)for surface in surfaces:for i in range(4):glVertex3fv(vertices[surface[i]])glVertex3fv(vertices[surface[(i+1)%4]])glEnd()def main():pygame.init()display = (800, 600)pygame.display.set_mode(display, DOUBLEBUF|OPENGL)# 基础设置glEnable(GL_DEPTH_TEST)glDisable(GL_LIGHTING)# 设置视角gluPerspective(45, (display[0]/display[1]), 0.1, 50.0)glTranslatef(0.0, 0.0, -5)# 初始化变量rot_speed = 1  # 旋转速度auto_rotate = True  # 自动旋转开关zoom = -5  # 缩放程度while True:for event in pygame.event.get():if event.type == pygame.QUIT:pygame.quit()return# 鼠标滚轮控制缩放elif event.type == pygame.MOUSEWHEEL:zoom += event.y * 0.5glLoadIdentity()gluPerspective(45, (display[0]/display[1]), 0.1, 50.0)glTranslatef(0.0, 0.0, zoom)# 空格键切换自动旋转elif event.type == pygame.KEYDOWN:if event.key == pygame.K_SPACE:auto_rotate = not auto_rotate# R键重置视角elif event.key == pygame.K_r:zoom = -5glLoadIdentity()gluPerspective(45, (display[0]/display[1]), 0.1, 50.0)glTranslatef(0.0, 0.0, zoom)keys = pygame.key.get_pressed()# 方向键控制旋转if keys[pygame.K_LEFT]:glRotatef(rot_speed, 0, -1, 0)if keys[pygame.K_RIGHT]:glRotatef(rot_speed, 0, 1, 0)if keys[pygame.K_UP]:glRotatef(rot_speed, -1, 0, 0)if keys[pygame.K_DOWN]:glRotatef(rot_speed, 1, 0, 0)# 调整旋转速度if keys[pygame.K_PLUS] or keys[pygame.K_KP_PLUS]:rot_speed = min(rot_speed + 0.1, 5.0)if keys[pygame.K_MINUS] or keys[pygame.K_KP_MINUS]:rot_speed = max(rot_speed - 0.1, 0.1)# 自动旋转if auto_rotate:glRotatef(rot_speed, 3, 1, 1)glClearColor(0.0, 0.0, 0.2, 1.0)glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT)draw_cube()pygame.display.flip()pygame.time.wait(10)if __name__ == "__main__":main()

总结

这个示例展示了如何使用Python和OpenGL创建一个基础的3D图形应用。通过这个例子，我们可以学习到：

1. OpenGL的基本使用
2. 3D图形的矩阵变换
3. 用户输入处理
4. 实时渲染循环的实现

这些知识点都是3D图形编程的基础，掌握它们将有助于开发更复杂的3D应用。